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什么是EMCCD攝像機(jī)？
EMCCD相機(jī)是一種CCD相機(jī)，能夠利用電子倍增CCD元件檢測(cè)微弱光線。
用普通CCD相機(jī)探測(cè)光線時(shí)，光線需要較亮。將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)，會(huì)加入一定量的噪聲（除光以外的非必要信息）。
即使微弱的光被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，也無(wú)法獲得足夠的陰影，因?yàn)樗宦駴](méi)在噪聲中。在檢測(cè)光線并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)時(shí)，EMCCD相機(jī)能夠檢測(cè)微弱光線，因?yàn)镃CD傳感器具有電子倍增功能。
EMCCD攝像機(jī)的應(yīng)用
EMCCD相機(jī)的主要應(yīng)用是顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡。 顯微鏡的觀察部分非常狹窄，觀察區(qū)域的亮度通過(guò)光圈和反射鏡增強(qiáng)，但使用普通CCD相機(jī)拍攝時(shí)光線不足。
因此，從光轉(zhuǎn)化而來(lái)的電信號(hào)被埋藏在噪聲中。 另一方面，EMCCD攝像機(jī)可用于將弱光轉(zhuǎn)換為并放大為足夠強(qiáng)度的電信號(hào)。 在用望遠(yuǎn)鏡拍攝暗天體時(shí)，還會(huì)使用EMCCD相機(jī)來(lái)補(bǔ)償微弱的光線。
EMCCD攝像機(jī)原理
1. CCD傳感器的工作原理
CCD（電荷耦合器件）是一種電荷耦合器件，用于將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。 傳統(tǒng)的銀鹽相機(jī)（使用膠片的相機(jī)）在光接收部分使用銀鹽膠片，而許多數(shù)碼相機(jī)的光接收部分則使用CCD傳感器。
CCD傳感器由稱為像素的小元件（光電二極管）組成。 光電二極管將光轉(zhuǎn)化為電荷，CCD傳感器將電荷輸出為電流并成像。
2. EMCCD的運(yùn)作方式
當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，會(huì)受到噪聲影響，因此電信號(hào)被埋沒(méi)在噪聲中，在微弱光線下無(wú)法獲得合適的圖像。 因此，EMCCD傳感器將光電荷轉(zhuǎn)換為不受噪聲影響的電荷電荷翻倍。
電荷加倍后，電信號(hào)也會(huì)加倍，因此輸出圖像的陰影也變得清晰。 這樣，即使需要探測(cè)微弱光線，如顯微鏡和望遠(yuǎn)鏡，EMCCD相機(jī)也能利用EMCCD相機(jī)獲得具有耐重色調(diào)的圖像。
EMCCD攝像機(jī)結(jié)構(gòu)
EMCCD攝像機(jī)由兩個(gè)機(jī)構(gòu)組成，分別是CCD傳感器和增益寄存器。
1. CCD傳感器部門
通過(guò)對(duì)CCD傳感器部分硅基板表面的電極施加不同電壓，可以形成勢(shì)阱。 當(dāng)CCD傳感器接收光時(shí)，由于光電效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生電荷。
電荷被捕獲在電位阱中，通過(guò)普通CCD中的交流轉(zhuǎn)換器數(shù)字化。 而在EMCCD中，電荷會(huì)先傳遞到增益寄存器進(jìn)行電荷倍增，然后才進(jìn)行數(shù)字化。
2. 增益寄存器
這是一種將CCD傳感器部分發(fā)送的電荷加倍的機(jī)制。 它利用一種現(xiàn)象，即在電子轉(zhuǎn)移過(guò)程中施加高電場(chǎng)，并通過(guò)使電子-空穴成為高能態(tài)（沖擊電離現(xiàn)象）產(chǎn)生新的電子-空穴對(duì)。
